JPH10139832A - 共重合体およびグルコースセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生体適合性に優れ、かつ酸化還元反応を起こ
し、比較的容易に作成できるセンサー材料としての共重
合体およびグルコースセンサーを提供する。 【解決手段】２−メタクリロイルオキシエチルホスホリ
ルコリンとビニルフェロセンとを重合してなる共重合体
およびこの共重合体とグルコースオキシダーゼと導線又
は電極等の導電性物質とから構成されるグルコースセン
サー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体適合性に優
れ、酸化還元反応を起こす共重合体及びこの共重合体を
用いた生体適合性に優れたグルコースセンサーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】これまでに、フラビンアデニンジヌクレ
オチド（ＦＡＤ）やフェロセンを固定化した種々の酸化
還元反応を起こす重合体が知られており、これらの重合
体と各種酸化還元酵素と電極を組み合わせたものが、各
種化合物の濃度を電気的に測定することができる酵素セ
ンサーとして知られている。例えば、次の（１）〜
（６）の特許公報や文献が挙げられる （１）特開平２−２９８８５５号公報、（２）欧州特許
第１２５１３７号明細書、（３）米国特許第４，２２
４，１２５号明細書、（４）Ｙ．Ｄｅｇａｎｉ，ｅｔ
ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．９１（１
９８９年）１２８５−１２８９、（５）Ｐ．Ｄ．Ｈａｌ
ｅ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１１１
（１９８９年）３４８２−３４８４、（６）Ｊ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．２５０（１９
８８年）４１７−４２５）。

【０００３】またこれまでに、２−メタクリロイルオキ
シエチルホスホリルコリンを含む単量体組成物を重合し
てなる重合体は血液適合性に優れていることが知られて
いる｛（７）Ｋ．Ｉｓｈｉｈａｒａ，ｅｔ ａｌ．，
Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．２
４（１９９０年）１０６９−１０７７｝。また、これら
の重合体を血液透析膜｛（８）Ｋ．Ｉｓｈｉｈａｒａ，
ｅｔ ａｌ．，Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｏｒｇａｎｓ，
Ｖｏｌ．１９（１９９５年）１２１５−１２２１｝に用
いることも知られている。さらに、蛋白質を吸着し難い
ことも知られている｛（９）Ｋ．Ｉｓｈｉｈａｒａ，
Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．２
５（１９９１年）１３９７−１４０７｝。

【０００４】これらの生体適合性をグルコースセンサー
に応用すべく、これまでにポリ（２−メタクリロイルオ
キシエチルホスホリルコリン−ｃｏ−ブチルメタクリレ
ート）の共重合体がフェロセンとグルコースオキシダー
ゼを固定化したグルコースセンサーの表面にコーティン
グでき、さらにこれらのセンサーが長期間の使用に耐え
ることが知られている。例えば、（１０）Ｋ．Ｉｓｈｉ
ｈａｒａ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，
Ｐａｒｔ Ａ：Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．３０
（１９９２）９２９−９３２、（１１）西田健朗、他、
人工臓器、第２２巻、１９９３年、１０９０−１０９５
頁）。

【０００５】しかしながら、これらの報告では電子をグ
ルコースオキシダーゼから電極へ移動させるための酸化
還元能を有する材料（フェロセン固定化アルブミン）と
生体適合性を担う材料（２−メタクリロイルオキシエチ
ルホスホリルコリン-co-ブチルメタクリレート）が別々
に作製されていたため、センサーの作製については煩雑
であった。またこれまで、２−メタクリロイルオキシエ
チルホスホリルコリンとビニルフェロセンとに基づく共
重合体は知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、生体適合性に優れ、酸化還元反応を起こし、比較的
容易に作製できるセンサー材料としての共重合体を提供
することにある。またさらに、本発明の第２の目的は、
生体適合性に優れ、長期にわたって生体内に留置可能な
グルコースセンサーを提供することにある。更に詳しく
は、本発明の目的は、タンパク質や血球成分を吸着し難
い性質を有し、フェロセン骨格によって酸化還元反応を
起こし得る共重合体を提供すること、グルコースオキシ
ダーゼとグルコースの存在で発生した電子を前記共重合
体によって仲介し、結果的にグルコースの濃度を電気信
号に変換可能なグルコースセンサーを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を鋭意検討した結果、２−メタクリロイルオキシエ
チルホスホリルコリンとビニルフェロセンに基づく共重
合体がタンパク質や血球成分を吸着し難い性質を有し、
酸化還元反応を起こし得る材料であるとの知見を得て、
本発明に到達した。換言すれば、生体内に留置可能な酸
化還元反応を起こしうる材料を見いだしたことになり、
この共重合体と、グルコースオキシダーゼと、導線また
は電極等の導電性物質から構成されるグルコースセンサ
ーは、タンパク質や血球成分を吸着し難い性質を有する
ために、長期間にわたって生体内に留置可能なグルコー
スセンサーであることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、次の（１）〜（３）である。 （１）２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリ
ンとビニルフェロセンとを重合してなる共重合体。 （２）前記の共重合体が下記の一般式［１］

【化２】 （ただし、Ｘ／（１−Ｘ）は、それぞれビニルフェロセ
ン、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン
に基づくモル比を表し、Ｘ／（１−Ｘ）＝１／９９〜９
９／１であり、ｎは１０〜１００，０００の数を示
す。）で表される共重合体。 （３）前記の該共重合体と、グルコースオキシダーゼ
と、導線又は電極の導電性物質とから構成されるグルコ
ースセンサー。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の共重合体は、２−メタク
リロイルオキシエチルホスホリルコリン（以下、ＭＰＣ
と略す）とビニルフェロセン（以下、ＶＦｃと略す）か
らなる単量体組成物を重合して得られる共重合体であ
る。

【０００９】本発明で用いるＶＦｃ／ＭＰＣのモル比
は、全不飽和単量体中で、１／９９〜９９／１の範囲で
用いられるが、好ましくは５／９５〜９５／５の範囲で
用いるのが良い。より好ましくは、３０／７０〜８０／
２０である。ＶＦｃ／ＭＰＣのモル比が１／９９より少
ないと、ＶＦｃの量が少なくなり、電子伝導度が低くな
る。ＶＦｃ／ＭＰＣのモル比が９９／１より多いと、Ｍ
ＰＣの量が少なく生体適合性が発現されない。

【００１０】本発明の共重合体は、ＶＦｃとＭＰＣから
なる単量体組成物を、公知の方法、例えば、溶液重合、
塊状重合、乳化重合、懸濁重合などの方法を用いて、重
合温度０から１００℃、重合時間１０分から７２時間の
条件で重合することによって得ることができる。共重合
体はランダム体、ブロック体どちらでもかまわない。

【００１１】重合に用いる重合開始剤としては、２，
２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩、
４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）、２，２’−
アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−
イル）プロパン〕二塩酸塩、２，２’−アゾビス〔２−
（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩酸塩、
２，２’−アゾビスイソブチルアミド二水和物、過硫酸
アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化ベンゾイル、ジ
イソプロピルペルオキシジカーボネート、ターシャリブ
チルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ターシャ
リブチルペルオキシピバレート、ターシャリブチルペル
オキシジイソブチレート、過酸化ラウロイル、アゾビス
イソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジ
メチルバレロニトリル）等が挙られる。これらの重合開
始剤を１種または２種以上を用いてもよい。これらの重
合開始剤は各種レドックス開始剤系などを併用しても良
い。また、重合開始剤の使用量は、全不飽和単量体に対
して０．０１から５重量％が好ましく使用される。共重
合体の精製は、再沈殿法、透析法、限外濾過法などの一
般的な精製法により行うことができる。

【００１２】本発明に使用する共重合体の重合度は、２
０から２００，０００であることが好ましい。ここで、
共重合体を他の素材に添付して使用する場合、共重合体
を溶媒に溶解して用いることができ、この場合、共重合
体溶液の粘度の関係から共重合体の重合度は１００から
５０，０００であることがより好ましく挙げられる。

【００１３】本発明の共重合体を溶液重合などする際に
は、例えば、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノ
ール、エーテル、ベンゼンなどの溶媒を用いてもよい。

【００１４】本発明のグルコースセンサーについて、図
４を用いて説明する。本発明のセンサーは、前記の共重
合体と、グルコースオキシダーゼと、導線または電極等
の導電性物質とから構成されるグルコースセンサーであ
る。例えば、具体的な例として、図４に示した共重合
体、グルコースオキシダーゼとカーボンペーストの混合
物（２）を支持体（３）の底部に付け、導線（４）と接
続したセンサー（１）を作成する。このセンサーを、電
流計、電圧計、電源等と接続して回路を組むことができ
る。

【００１５】なお、本発明のグルコースセンサーを構成
するグルコースオキシダーゼは、動物、細菌由来のいず
れの物でも良い。具体的には例えば、市販品として、長
瀬産業（株）社の商品名、デオキシン、協和発酵（株）
社の商品名キョーチーム、天野製薬（株）社商品名グル
コースオキシダーゼアマノ等が挙げられる。グルコース
オキシダーゼの使用量は、重量比で前記共重合体１部に
対して０．１部から５部の範囲で使用することができ
る。０．１部より少ないとグルコース濃度を電気信号に
変換するグルコースオキシダーゼが電気信号を電極まで
伝える働きをする前記共重合体に比べて少なく、効率が
悪いために好ましくない。５部より多いと逆に、グルコ
ース濃度を電気信号に変換するグルコースオキシダーゼ
が電気信号を電極まで伝える働きをする前記共重合体に
比べて多いために効率が悪くなり好ましくない。

【００１６】本発明のグルコースセンサーを構成する導
電性物質は、電子伝導性を有し、前記共重合体と、グル
コースオキシダーゼを含む成分を安定に固定化できれば
いずれでも良く、カーボンペースト電極、白金電極、銀
電極、金電極などを例示することができる。

【００１７】本発明の共重合体は、生体適合性、酸化還
元反応性を有するので、共重合体単独で、あるいは他の
重合体などと併用して、センサー材料として用いること
ができる。

【００１８】本発明のグルコースセンサーでは、前記共
重合体および前記グルコースオキシダーゼを電極上に安
定に固定するために、他の成分を用いることができ、カ
ーボンペースト、導電性高分子などを例示することがで
きる。この場合、他の成分は前記共重合体および前記グ
ルコースオキシダーゼの合計量１重量部に対して５重量
部以下の範囲で使用することができる。他の成分が、前
記共重合体および前記グルコースオキシダーゼの合計量
１重量部に対して５重量部より多いと電極表面積当たり
のグルコース濃度の電気信号への変換、伝達に関わるグ
ルコースオキシダーゼや前記共重合体が少なく、効率が
悪いと共に、グルコースセンサー表面で生体適合性を司
る前記共重合体の性質がでにくくなるために好ましくな
い。

【００１９】

【発明の効果】本発明の共重合体は、蛋白吸着抑制能と
血球吸着抑制能を有しているために、生体内で長期留置
が可能な性質を有し、かつ酸化還元反応を行うことがで
きる共重合体である。したがって、この共重合体を構成
素材とするグルコースセンサーは生体内で長期留置が可
能である。また、前記共重合体は生体適合性と酸化還元
反応を行う機能を併せ持っているために、これまでのグ
ルコースセンサー［フェロセン結合アルブミンと、グル
コースオキシダーゼ固定化した電極にポリ（２−メタク
リロイルオキシエチルホスホリルコリン-co-ブチルメタ
クリレート）の共重合体をコーティングしたグルコース
センサー｛前記従来技術で示した文献（１０）および
（１１）｝］に比べて簡便に作製することが可能であ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。 ＜共重合体の合成＞ 実施例１ ２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（Ｍ
ＰＣ）３．１３５ｇ（０．０１０６ｍｏｌ）とビニルフ
ェロセン（ＶＦｃ）０．９６５４ｇ（０．００４５５ｍ
ｏｌ）をテトラヒドロフラン０．７５９ｍｌとエタノ−
ル３．０３６ｍｌの混合溶媒に溶解し、アゾビスイソブ
チロニトリル（ＡＩＢＮ）０．０１２４ｇを添加し、脱
気、封管後、６５℃の湯浴中で３日間振とうした。精製
は重合液を１００ｍｌのジエチルエーテルに、攪拌下で
滴下することにより再沈殿を行った。さらにこの沈殿物
を前記と同じ量のテトラヒドロフランとエタノールを加
えて溶解し、１００ｍｌのアセトンを用いて再沈殿を繰
り返して、共重合体Ａを１．２８２６ｇ得た。得られた
共重合体Ａは、紫外可視吸収スペクトル法の分光分析を
行って、ビニルフェロセンの組成を調べた。また、共重
合体Ａは、ゲルパーミエーション（ＧＰＣ）により、ポ
リスチレンを標準として数平均分子量を測定した。その
結果ビニルフェロセン組成が０．３３、数平均分子量１
０８０００の重合体であった。

【００２１】実施例２および３ 表１に示したＭＰＣ、ＶＦｃ、テトラヒドロフラン（Ｔ
ＨＦ）、エタノ−ル（ＥｔＯＨ）、アゾビスイソブチロ
ニトリル（ＡＩＢＮ）を所定量とり、使用量を変更した
以外は実施例１と同様の操作を行い、共重合体を得た。
それぞれの共重合体をＢおよびＣとする。実施例１と同
様にして測定した結果を併せて表１に示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】＜センサーの作成＞ 実施例４ 実施例１の共重合体Ａ３ｍｇにグルコースオキシダーゼ
｛天野製薬（株）社製、グルコースオキシダーゼアマ
ノ｝５ｍｇと、カーボンペースト｛バイオアナリティカ
ルシステム社製｝を加え、十分に混合した。次に、導線
を挿入した凹みを有する支持体の凹み部分に前記混合物
を挿入することによってグルコースセンサーを作製し
た。

【００２４】実施例５および６ 実施例１の共重合体Ａの代わりに実施例５は実施例２の
共重合体Ｂを、また、実施例６は実施例３の共重合体Ｃ
を用いた以外は実施例４と同様にしてグルコースセンサ
ーを作製した。

【００２５】グルコースセンサーとしての性能評価１ グルコースを０から２０ｍＭ含むｐＨ７．４のリン酸緩
衝液を調製し、脱気後、実施例４、５または６のグルコ
ースセンサーをこの溶液に挿入し、＋０．３５Ｖ（ｖｓ
ＳＣＥ）の定電位を印加した状態で７８０秒間保持した
後の触媒電流値を測定した。この結果を図１に示す。図
１より触媒電流値はグルコースが１０ｍＭを越える条件
で飽和する傾向を示すものの、いずれの実施例４、５お
よび６のグルコースセンサーを用いてもグルコース濃度
の上昇に伴って増加する傾向が確認され、このセンサー
によりグルコースの測定が可能であることがわかった。
また、測定したビニルフェロセンの含量と電流密度の関
係を図２に示した。

【００２６】グルコースセンサーとしての性能評価２ グルコースを含まないｐＨ７．４のリン酸緩衝液を脱気
後、実施例６のグルコースセンサーをこの溶液に挿入
し、＋０．３５Ｖ（ｖｓＳＣＥ）の定電位を印加した状
態で定常応答が得られるまで保持し、グルコースの最終
濃度が１０ｍＭになるようにグルコースを加え、グルコ
ース濃度をステップワイズに変化させた時の触媒電流値
を測定した。この結果を図３に示す。図３の曲線は、酵
素電極のグルコース濃度に対する応答速度を示してい
る。この結果より、本発明のグルコースセンサーはグル
コース濃度の急激な変化に応答して、電流値が即座に上
昇し、約１分後に定常的な触媒電流が観察された。本発
明のセンサーが濃度の変化に対して迅速に応答し、セン
サーとしての感度が良いことがわかる。

【００２７】＜抗血栓性試験＞ 参考例１〜３ 前記の実施例１〜３の共重合体Ａ、Ｂ、Ｃを各０．５ｇ
とり、ＴＨＦ、メタノールの混合溶媒（５０／５０ｗ／
ｗ）５ｍｌに溶解し、塩化ビニルのテストピース（１０
×５０×０．５ｍｍ）にキャストし、その後乾燥してフ
ィルム状の共重合体を基板上に付着させたテストピース
を作成した。この各テストピース上に血液を滴下して１
時間後洗浄し、テストピース上に粘着した血液を観察し
た。 評価記号；観察結果 ○ ；血液の付着が全く認められない。 △ ；わずかに血液の付着が認めらる。 × ；血液の付着が認めらる。 参考比較例４ 処理しない前記塩化ビニルをもちいて、参考例１と同様
に血液の付着試験を行った。参考例１〜３および参考比
較例４の結果を表２に示した。

【００２８】

【表２】 以上の結果から、本発明の共重合体は生体適合性があ
り、それを用いたグルコースセンサーがグルコースの定
量に有用であることが確認された。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例４、５、６の各センサーを用いた場合の
グルコース濃度と電流密度の関係を示す図

【図２】実施例４、５、６の各センサーを用いた場合の
ビニルフェロセン含量と電流密度の関係を示す図

【図３】実施例６のセンサーを用いて、グルコースを添
加したときの応答性を示す図

【図４】センサーの一例を示す図

【符号の説明】

１．センサー ２．共重合体、グルコースオキシダーゼ、カーボンペー
ストの混合物 ３．支持体 ４．導線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２−メタクリロイルオキシエチルホスホリ
   ルコリンとビニルフェロセンとを重合してなる共重合
   体。
2. 【請求項２】請求項１記載の共重合体が下記の一般式
   ［１］ 【化１】 （ただし、Ｘ／（１−Ｘ）は、それぞれビニルフェロセ
   ン、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン
   に基づくモル比を表し、Ｘ／（１−Ｘ）＝１／９９〜９
   ９／１であり、ｎは１０〜１００，０００の数を示
   す。）で表される共重合体。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の共重合体と、グル
   コースオキシダーゼと、導線又は電極の導電性物質とか
   ら構成されるグルコースセンサー。